毕业设计（论文）-矿井提升机设计.doc

辽宁科技学院成人教育学院毕业设计（论文）摘 要随着科学技术的不断发展, 我国矿井提升机产品已系列化，分两大类型：与JK型单绳缭绕式提升机配套使用的TKD型(包括TKD-A改进型)；与JKM型多绳摩擦提升机配套使用的JKMKJ型(包括JKMK-AJ改进型)。考虑到调速的平稳性，TKD-A型电控系统一律附加八级起动电阻：JKMKJ型电控系统一律附加十级起动电阻。还可以根据具体条件，适当增减起动电阻级数。煤炭生产为了提高主、副井的提升能力，一般多采用的是多绳摩擦轮式提升绞车，这样不仅提高了工作效率，而且还增加了安全系数。在长期以来，我国广泛使用交流拖运装置。与直流拖运装置相比较，其主要的优点是：系统比较简单，设备价格较低且使用经验比较成熟。随着可控硅动力制动系统，低频拖运系统及微机拖运系统的发屣，交流拖运装置仍具有广阔的前景。关键词：矿井；提升机；多绳摩擦、低频拖运0前 言矿井提升的任务是沿井筒提升煤炭、矿石、矸石、下放材料、升降人员和设备，在矿业生产中占有极其重要的地位。 矿井提升机是矿井提升设备的动力部分，由电动机、主轴装置、制动装置、深度指示器、系统和操作台等组成。我国目前广泛使用的矿井提升机，从工作原理和结构来分，主要是缠绕式(多为单绳，多绳较少使用)和摩擦式(多为多绳，单绳较少使用)；从拖运方式上来分,有交流拖运和直流拖运两种。 交流拖动装置，一般利用外接电阻来调整，多选用绕线型异步电动机。交流拖运提升机的控制系统。 直流拖运装置是利用改变直流电动机外供电压的方法来调整。直流拖运装置的变流设备可分为两大类：发电机一电动机组(FD)系统和可控硅-电动机(SCR-D)系统。若采用发电机一电动机组系统时，还需增加两个和主电动容量相同的大型电机，即直流发电机和拖运它的交流同步电动机。由于F-D系统设备费用高、占地面积大，目前已趋于淘汰。而SCR-D系统，随着设备技师及自动化程度提高，将会有广阔的发展前景。因此在有条件的矿井，提升电动机容量低于1000KW 时，也可以考虑选用直流拖运装置。目前，我国可以成批生产各种大型矿井提升机及各种配套设备。从设备的整体水平来说，同西方发达国家仍有一定差距，现今，国外的一次提升量最大已达50吨，提升速度达到20至25米/秒，最大拖动功率可达104千瓦，井深从数百米到20000米以上。现在提升设备正向大型、高效和自动控制方向发展。本文针对多绳摩擦提升系统进行控制系统设计。1 提升系统的基本结构和六阶段提升控制加速度及力图分析1.1 多绳摩擦提升系统基本结构如图ll为摩擦式提升机的示意图，摩擦式提升机与缠绕式提升机比较，具有整体重量小，安全性高，可使罐耳、罐道寿命长，不受滚筒容绳量的限制，故适用于深井提升。 图l一1多绳摩擦式提升机工作原理示意图 l主导轮；2导向轮；3主钢丝绳；4容器；5平衡尾绳； a围包角；s提升中心距由图可知，摩擦式绞车钢绳3搭放在主导轮l的衬垫上，提升容器4悬挂在钢丝绳的两端，在容器4的底部悬挂有平衡尾绳5。提升机工作时，当主导轮向某一方向转动时，钢丝绳便在与摩擦衬垫的摩擦力的作用下，跟主导轮一起运动，使提升容器提升和下放。 导向轮的作用是：改变钢丝绳对主导轮的包角，从而可改变钢丝绳与衬垫间的磨擦力。 本系统采用等重尾绳，使得提升系统在整个提升范围内的提升阻力均匀不变。1.2 六阶段提升控制加速度及力图分析 图12所示为常采用的交流拖动双箕斗提升系统六阶段速度一加速度一力图，速度图表达了提升容器在一个提升循环内的运动规律。力图表达了提升过程中系统的受力情况。各阶段中：1.2.1 初加速阶段t1提升循环开始，处于井底装载处的箕斗被提起，而处于卸载位置的箕斗则沿卸载曲轨下行，为了减少容器通过曲轨时对井架的冲击，对初加速度a，及容器在卸载曲轨内的运行速度1要加以限制，一般115ms。这时电动机作正力提升，由于加速度较小，所以应使电动机的起动力矩也较小，电动机将串全电阻起动。1.2.2 主加速阶段t：当箕斗离开曲轨时，则应较大的加速度a2运行，直至达到正常提升速度m，以减少加速阶段的运行时间，提高提升效率。此时要加大起动转矩，则应按速度反馈和电流反馈原则来逐级切断起动电阻，正力提升。 1.2.3 等速阶段t3箕斗在此阶段以最大提升速度m运行，不再加速即a3=O直至重箕斗将接近减速点。电动机的所有电阻都已切除，电动机运行于自然特性曲线上的额定运行点，正力提升。1.2.4 减速阶段t4重箕斗将要接近井口时应开始以减速度a4减速运行，此时一般将电动机断电，系统靠惯性运行并由自动可调闻系统根据给定速度和实际速度反馈来控制制动器实现减速时的速度控制，负力提升。1.2.5 爬行阶段t5重箕斗将要进入卸载曲轨时，为了减轻重箕斗对井架的冲击并有利于准确停车，重箕斗应以4的低速爬行。一般5=O.4O.5ms，爬行距离2.55m。电动机重新得电，正力提升，并由速度控制系统和可调闸系统控制，组成电机可调闸的速度单闭环控制系统，使提升机爬行速度稳定在0.5ms左右。图12箕斗提升六阶段运动图1.2.6 停车休止阶段t6当重箕斗运行至终点时提升机施闸停车。处于井底的箕斗装载，处于井口的重箕斗卸载。根据提升系统对六阶段速度控制要求设计具体的控制电路。2 单机拖动，多绳摩擦等重尾绳提升控制系统的设计2.1 电气系统组成和控制原则及特点2.1.1电气系统组成2.1.1.1主电路 1)、使用了交流绕线式异步电动机作为提升机的主电机。 2)、高压断路器。当电动机高压供电电路发生故障时及时切断高压电源，同时提升机安全制动。 3)、高压换向器。用来改变提升机的转向。 4)、调速用转子电路的lO级电阻，用可控硅组成的无触点开关控制通断。 5)、用可控硅整流系统作为系统动力制动的电源。 6)、由辅助系统向提升系统提供润滑油和向制动闸提供松闸用的制动油。2.1.1.2 控制系统 1)、主电动机的正反转控制回路。对电动机主电路进：行控制。 2)、动力制动控制电路。对电动机进行动力制动。 3)、信号电路。由井口发出电信号，作为提升机开车的首要条件。 4)、自动停车换向电路。当提升机到达停车位置时，自动将提升。机换向，作反向开车准备。 5)、测速电路。将提升的实际速度信号转换成相关的电信号，使相应的速度继电器动作控制其它电路协调工作。 6)、转子加速电阻控制电路。对提升机转子所串的电阻按一定的规律控制，使提升机按人预先定好的规律运行。 7)、辅助控制电路对提升机的辅助系统进行控制。 8)、安全制动保护电路，是提升机安全运行的重要保证。 9)、制动调节回路。用来使提升机制动时更加平滑，进行减速时自动进行速度调节。 10)、可调阉回路，对提升机的施闸进行控制。 11)、深度指示器使操作人员能够通过其看到提升机的大致运行位置和保护系统的检测。2.1.2 系统特点及控制原则 本系统主要手动操纵，但对于负载恒定的提升系统，可以实现提升自动化。对于多绳摩擦轮式提升机，除了满足一般提升机对电控系统的要求之外，防滑指标就成为本系统应考虑的主要问题。 根据防滑要求，本电控系统做了如下考虑： 1)在起动时，应保证在任何负载条件下，电动机的出力均不超过提升机在静态时所能传递的摩擦力。因此起动线路中，采用时间、电流平行原则。即每级电阻的切换，必须具备两个条件，一方面时间继电器延时结束，另一方面电流断电器释放，当这两者有一个条件满足，就不能切换，需要等待。重载时由电流继电器控制，防止起动力矩过大而滑动，轻载时由时间继电器控制，防止加速太快。 2)为了提高平均起动力矩，保证加速度，而切换力矩的尖峰值又不超过规定值(防滑要求)，因此电阻级数要加多，选用1O级，两级预备级，8级作为起动级。2.2 主电路设计 主电路如图2-l所示，电动机采用高压6KV供电，由高压隔离开关GLK3控制，6KV高压通过高压隔离开关送入高压断路器GDL，再由高压线路接触器XIC和高压换向器FC、ZC控制最后接入高压电动机的定子绕组。2.2.1 高压断路器的相关保护及控制 交流异步电动机的机械特性曲线如图22中l线所示，由电动机理论中知，电动机的转矩与定子电压的平方成正比。因此，当电源电压降低时，则机械特性曲线变为2线。从图中我们可以看到，当电源电压降低且负载力矩不变时，电动机将产生过载现象，且运行于曲线上的不稳定区段上，如果电网电压下降过多，则电动机将堵转，这时就会烧坏电动机，所以在高压断路器中设置了失压脱扣线圈SYQ用作图22交流异步电动机特性曲线失压保护，当SYQ线圈电压过低或失压时，高压断路器脱扣跳闸，断开向提升机供电的高压电源。避免提升机低压或缺相状态运行。 为了人身安全的需要，在失压线圈回路中设置了两个限位开关JTK1和LSK。JTK1安装于断路器柜门上，LSK安装于高压控制区的栏栅门上。当有人打开断路器柜的门或打开高压控制区的栏栅门时，相应的限位开关就会断开，使SYQ线圈失电，断路器跳闸，并且不能合闸。2.2.2 主电路电流检测 在断路器主电路的输出线上接有两套电流互感器。其中1LH和2LH带动三个过流线圈JLJ，三个过流线圈控制一个接点，此接点将在转子加速回路中作为电流控制规则时使用。3LH和4LH作为过流保护之用，在3LH和4LH回路中串联了2GLQ线圈和2LJ线圈，且在2GLQ线圈两端跨接了一个延时断开的常闭触点受2LJ控制。当电动机在加速段上切除电阻时，会在定子电路中短时间产生过流，此电流会使2LJ产生较大磁力，使2LJ的延时断开的常闭触点在短暂的延时后断开，这时如果电动机电流不能降低到正常值时(即过载或电机绕组有故障)2GLQ得电动作，其接点将在控制电路中使保护系统动作，使提升机安全制动。2.2.3 电动机换向及动力制动提升电动机的正向和反向控制由ZC、FC负责，系统中减速段采用动力制动，由可控整流装置KZG向电动机的定子绕组中通入直流电使电动机定子产生固定不动的磁场，使旋转中的转子绕组切割磁力线产生感生电动势，并在转子外电阻的作用下产生制动力矩为电动机减速。动力制动回路由DZCl和DZC2两个接触器触点串联从而增加触点开距，防止6KV高压串入低压动力制动系统。可控硅整流装置中380V电压从a、b、c三个端子送入。通过控制A10端和A20端的电压即可控制整流装置的输出电压从而可控制提升机的制动力矩。当可控硅整流装置故障时，其SYJ继电器动作，使控制系统保护动作，执行安全停车。 2.2.4 转子主电路转子主电路由l0级电阻构成，并由l0段无触点开关负责按起动控制要求串入或切除各段电阻，使电动机较平滑起动。起动时按照电流,时间共同调节规律图21 矿井提升主电路从1JK开始到10JK依次导通，从而使提升机在本节设计高压换向接触器控制电路及动力制动控制电路。2.3 高压换向及动力制动主控电路2.3.1 高压换向接触器控制电路(图23)2.3.1.1 电气互锁 由于正向接触器ZC与反向接触器FC不允许同时闭合，所以在ZC回路中串联了FC的常闭触点，在FC回路中串联了ZC的常闭触点，形成了电气互锁。2.3.1.2 线路接触器与换向接触器 以正向接触器为例，当ZC得电时，其常开接点ZC(Z、B)闭合，使线路接图22 交流异步电动机特性曲线触器XLC得电，从而在逻辑上先闭合接触器，再闭合线路接触器。在断开主电路时ZC与XLC同时断电，使其主触头同时分断，增加触头开距，减少灭弧时间。 反向工作过程与正向工作过程类同。2.3.1.3 过卷开关FW作用 FW1.2和FW7.8是过卷复位开关，FW在操作台上，在提升系统正常时，FW位于零位，此时，FWl.2和Fw7盘都闭合。当提升系统发生过卷需要复位时，要将FW手动旋至相应的位置。 例如发生正向过卷，则要右转450。此时，FW1.2 N开，FW7.8仍然闭合，使得系统只能反向开车，而不能正向开车，从而避免事故的扩大。如果发生反向过卷，则要左转450。此时，Fw7.8断开，FW1.2仍然闭合，使得系统只能正向开车，避免事故扩大。 FW的FW3.4和FW5.6 两个触头将在安全回路中使用具体将在安全回路设计中加以闸述。如果维修人员在处理过卷故障时，旋错FW的方向，则安全回路将起作用，使安全接触器不能接通，使得安全接触器的触头AC(4、B)不能闭合，断开高压换向及动力制动主控电路，使系统不能开车。2.3.1.4 其它控制开关及触点 ZJ和FJ触点受自动换向电路控制，用于接通ZC或FC线圈回路。DZCl、DZC2触点受动力制动控制，在提升机进行动力制动时，其断开，使高压不能接通。jjXC触点受信号电路控制，当矿井的井口发出开车信号时，XC闭合DSJl触点受测速回路控制，由于DSJl与XC并联。 因此，在没有井口信号时，也能开车，但不能高速运行，具体将在速度控制电路中加以闸述。 图中(4B)位置开关，ZC、FC、DZC三个开关作为自保接点1SJ触点受转子电阻控制电路中时间继电器1SJ控制，在做好开车准备时闭合。开车后延时断开。 2.3.2 动力制动控制电路 由于提升机的动力制动是通过向电动机定子绕组通入直流电。因此，动力制动系统与高压供电系统在同一时间内不能同时工作，因此，在动力制动控制回路中串入ZC和FC的常闭触点，即在提升机在正力提升期间所有控制线圈不能得电。 图23 DZC 1和DZL2两线圈并联，其触头在主电路中串联增加开距，它们同时动作，增加控制的安全性。DZJN来增控制触头数量，在各控制回路中作相应动作。DSJl受速度回路控制，在减速期间通断，动力制动系统来控制提升机速度。 动力制动系统要在提升机过减速点以后才应起作用，而本设计将减速点开关触点装于信号回路以使信号系统复位，因此，将信号接触器的常闭触点串于动力制动控制电路，使得当信号系统复位后，开始动力制动。 在司机操作台的地面上装有脚踏开关JTK，当司机发现提升系统不正常且提升系统没有进行保护时，司机可以用脚及时地踩下脚踏开关JTK，使脚踏制动接触器KDC失电，其常闭触点KDC(3C)在动力制动回路中闭合，进行人为的动力制动，其常开触点KDC(3B)在高压换向控制回路中断开，使提升系统失去动力，而制动停车。2.4 开车及停车控制电路本电路用PLC编程。PLC编程如附图的梯形图中的Network24。PLC的输入输出端分配如附图中的端口分配图 ，硬件组态和意义见附表的硬件组态表。 本提升系统由井口发出的开车信号做为开车的先决条件，在电路中设计了自动停车换向电路，因此可实现矿井提升的自动化。2.4.1 信号电路 此电路的功能有：对井口发出的开车信号，减速点的减速信号，做出反应。能实现提升系统的自动运行方式与手动运行方式选择。2.4.1.1各开关作用为： lHK一1是提升机工作方式转换开关，可装于司机操作台面上，有三个档位，即左45o袋示手动开车；零位置则不能开车；右45r表示自动开车。 LKl是操作台上的主令控制器，可以向前开车。向后开车和零位(停车位)。2.4.1.2 信号电路工作原理2.4.1.2.1 手动开车状态 将1 HK旋钮左旋450，则其接点lHK2断开，l HKl闭合。此时，信号按触器受开车信号和主令LKl控制。(主令手柄位于O位时，LKl才闭合)。如果主令手柄不在0位，则LKl断开，信号接触器不能得电，所以不能开车。这就使得开车条件之一为主令手柄必须在0位上。 当井口发出开车信号，则信号接触器得电吸合，XC接点在Network2所示电路中闭合自保，在高压换向接触器控制回路中XC(3，8)闭合。为高压接触器线圈得电做好准备。 2.4.1.2.2 自动开车状态 将1 HK右旋450则其接点1 HK一1断开，此时主令控制器可在任意位置。l HK2闭合，使得信号接触器只受井口开车信号控制，当井口 发出开车信号时，XC即得电闭合。其接点XC在Network2所示电路中闭合自保。在高压换向接触器控制回路和自动停车换向电路中的XC接点全部闭合，为开车做好准备。 在Network2电路XC的自保回路中串有减速点继电器的常闭接点 JSK，此继电器安装于深度指示器上，无论提升机处于正向提升还是 反向提升，到达减速点时都必须开始减速，则当减速继电器JSK动作后，其常闭触点断开信号自保回路，使信号接触器释放，信号接触器断开高压控制回路，提升机断电减速。2.4.2 自动停车换向电路2.4.2.1 结构设计 如图Netwofk3和Network4，主要执行元件线圈ZJ和FJ分别为正向继电器和反向继电器，它们的接点分别接于高压换向接触器的控制回路中，即ZJ控制ZC接触器，FJ控制FC接触器。 在Network3(ZJ线圈)回路中串入FJ的常闭接点；在Network4(FJ线 线圈)中串入ZJ的常闭接点，用于电气闭锁。 在Network3电路和Network4电路中接入了正向停车开关ZTK。ZTK安装于井筒正向停车位置上。当提升机达到正向停车位置时，就 会碰到ZTK开关使其动作，发出停车信号。这时其常开接点在 Network4电路中闭合，为反向开车作准备。其常开闭点在Network3电 路中断开ZJ自勺自保回路，使ZJ断电，提升机正向停车。 在Netwofk3电路和Network4电路中接入了反向停车开关FTK。 FTK安装于筒反向停车位置上。当提升机达到反向停车位置时，就 会碰到FTK开关使其动，发出停车信号。这时其常开接点在 Netvvork3电路中闭合，为正向开车作准备。其常开闭点在Network4电 路中断开ZJ的自保回路，使ZJ断电，提升机反向停车。LK一3和LK一4是主令手柄开关，作为手动开车用。正向开车时，LK一3闭合，反向开车时I，K一4闭合。1HK1和1 HK一2是操作台上工作方式转换开关，当l HK在自动 位置时，1 HK2闭合，1 HKl断开。当1 HK在手动位置时，1 HK1 闭合，1 HK一2断开。AT按钮安装于操作台上，作为急停使用。2.4.2.2 工作原理 当在操作台上把l HK打在手动位置时，1 HK2N开，使自动回路 断开。1 HKi闭合，使王。K3和LK一4起作用。此时如将主令手柄正 同LK一3闭合，嗄lj ZJ吸合。提升机正向开车。如将主令柄反向，则LK一4闭合，使FJ吸合，提升机反向开车。 当在操作台上把j HK开关打在自动位置时，1HK1断，使手动回路断开。1HK2闭合，使自动控制电路闭合。此时，停车继电器的状态取决于升提机的停车位置。例如此时已经反向停车，则 FTK闭合，这时其常开闭点在Network4电路中断开Fj的自保回路,使FJ断电，提升机反向停车。其常开接点在Network3电路中闭合，为正向开车作准备。FTK与ZTK的状态决定了只能ZJ有可能得电。FJ不可能得电，即只能正向提升。这时，如果井口发出开车信号，则使信号继电器XC闭 合，使ZJ得电，从而控制提升机自动正向开车。ZJ线圈得电后，jNetwork3电路中与ZTK串联的接点ZJ闭合，完成自保。在Network4申。路(FJ线圈)回路CzJ接点断开，完成对FJ的电气闭锁。当提升机离开反向停车点后，其FTK会断开，其接点在Network3 (ZJN路)中会断开，但由于zJ接点的自保作用，不会使ZJ线圈失电。 当提升机运行至Ij正向停车位置时，碰撞行程开关ZTK使之闭合，其常开闭点在Network3电路中断开ZJ的自保回路，使ZJ断电，提升机正向停车。等到井口再次发出开车信号时，XC触点闭合，此时由于ZTK处于吸合状态，在Network3电路(FJ回路)中的接点ZTK闭合，这使得FJ线圈得电吸合。提升机进行反向开车，FJ的辅助常开接点在Network4电路(FJ自保)回路中闭合自保，在ZJ线圈回路中断开，完成对ZJ的闭锁。当提升机反向提升至井口停车点时，碰撞正向停车开关ZTK，使之动作，其接点断开FJ自保回路，使提升机反向停车。接点接通ZJ回路(但此时XC已断开)，为提升机正向开车做准备。2.5 测速电路 测速回路是提升机控制系统中一个重要保护环节。本提升系统使 用直流发电机，电路如2-4 流测速发电机CSF通过减速机构与提升机相连接，其励磁绕组通以固定好直流电流，因此在任一瞬间，测速发电机输出的电压反映实际的提升速度，输出的电压极性反映了提升方向。发电机励磁回路中接入可调电阻IR4(4，D)。调节此电阻，使提机在最高运行速度时，发电机输出电压为220V。 电路中，利用发电机随提升方向而改变电压极性的特点，使用了由ZFJ、FFJN一个继电器线圈，和1D1、lD2两个二极管及可调电阻1R1组成了提升方向判断电路，用于提升系统速度给定电路的转换，工作原理如图示，当提升机作正向提升时，测速发电机的输出电压为左正右负，这使得二极管1D1能够正向导通，从而使ZFJ能吸合，二极管1Dl能够正向导通。从而使ZFJ能吸合，二极管lD2受反向电压而截止。FFJ不能吸合，且由于ZFJ的吸合使FFJ回路中的ZFJ的常闭接点断开，起到对FFJ闭锁的作用。 当提升机反向提出时，发电机发出电压的极性为左正，右负。则lD2导通，1D1截止，FFJ得电吸合，并使ZFJ闭锁。当提升机处于停车状态时，测速收电机的输出电压为零，ZFJ和FFJ都处于释放状态，且在提升机刚起动时，由于转速很低，所以测速发电机的输出电压很低，因此要使提升机的建在升高到爬行速度时，方向继电器能够正常进行工作状态，就要使用低电压的继电器，所以ZFJ和FFJ的吸合电压很低，选用额定电压为48V的继电器(根据电工手册)。但是降低额定电压后，使得zFJ和FFJ在提升机等建段运行时，因过压而烧坏，为解决这一问题，串入电阻1R1，且在lRl两端并联一个常闭接点DSJl，DSJl的线圈也接于测速回路中。当提升机速度低于爬行速度时，DSJl释放其常闭接点将R短接，使方向继电器还能维持吸合状态，当提升机速度高于爬行速度时，DSJl吸合，将1R1串入方向继电器回路中，防止高压烧坏继电器。 测速回路中设置了高速过速继GSJ，目的在于当提升机等速段超过额定转速的15时，即发电机电压达到220V(1+15)=253V时吸合。从而使安全保护回路动作，让提升系统安全SJ动。调节电阻1R2即可调节GSJ的动作值。 在测速回路中，设置了SDJlSDJ4，当测速发电机的电压由高到低时(即提升机减速)，由SDJSDJ4依次在不同的电压值时释放，即在减速段按速度规律依次切除电阻，使提升机近似恒制动力矩减速。其工作过程为：当提升机减速点后开始动力制动减速时，其速度由高开始降低。由于SDJl回路中，串入1R3电阻(DZC为动力制动接触器的辅助常闭触点，在动力制动时，断开)且在SDJlSDJ3回路中满足1R3lR41R5，因此在减速过程中SKJl先释放，然后是SDJ2释放，再然后是SDJ3释放，最后SDJ4释放，这一规律将在转子控制电路中用到。具体电路将在转子控制电路中予以讨论.在SDJlSDJ4的总回路中串入脚踏动力制动接触器的辅助常开触点。当提升机遇到紧急情况，由司机用脚踩下操作台下的脚踏开关时，KDC触头将断开，使SDJl-SDJ4会全部释，进行紧急动力制动。 测速电路中，设置了低速继电器DSJl，其作用是当提升机低于0.5米S的爬行速度时释放，高于1.5ms的爬行速度时吸合。其接点除在方向继电器圈中各转换外，还在高压换向接触器和动力制动接触器回路作相应动作，即如果提升机没到停车位置之前的速度(爬行段)低于0.5ms时接通电动机高压换向，控制电路，使电动机得电加速。如果高于1.5ms时，断开高压换向控制电路，接通动力制动控制回路，使得提升机在爬行段的速度在O.5m/s1.5m/s之间。 综上所述，可以看出测速回路在提升控制系统中至关重要，如果测速回路出现故障，则后果不堪设想，因此，有必要设置一个针对测速回路进行保护的安全装置。此装置由一个整流桥lD5lD8，滤波电容1C1，和监示继电器JSJ组成。整流滤波电路可以将测速发电机输出的可变极性直流电压变成固定极性的直流电压，作为测速反馈电压提供给速度比较电路。JSJ接于如图位置上可以有效地监示测速回路中所有可能出现的失压故障。无论任何情况下，只要电容lCl两端的电压为O，则JSJ都会释放，可以用此条件来形成对测速电路的监控作用。JSJ继电器的接点将在设计安全电路时使用。2.6 转子加速电路设计 本电路使用PLC编程。由于本电路采用时间、电流平行原则，即一方面时间继电器延时结束，另一方面电流继电器释放，当这两者有一个条件不能满足就需要等待，因此本电路设计图参见设计书后的PLC程序中的Network5Network26电路。2.6.1 各元件作用2.6.1.1 转子加速继电器可控硅电路中 lJK1OJK控制的可控硅负责提升机主电机转子回路电阻的切入与切除。在工作时，只要依次使1JK，2JK，3JKlOJK按照时间、电流平行原则开通，就可以使提升电动机按照图25所示规律起动并运行，工作过程如下：提升机带额定负载。由于采用lO级起动电阻。因此起动力矩脉动小。第一级和第二级电阻作为预备级。如图中曲线l。为全部电阻都串入转子的特性。此时，电动机产生约30的额定转矩。目的是要对提升机钢丝绳产生预紧力，当lJK得电时，将主电路中转子第一级电阻切除，电动机的特性转为曲线2。这时，提升机也不起动，只是产生80%的额定转矩。当2JK得电后，将电动机转子回路的第二级电阻切除，使电机处于曲线3上了。此时，电动机的力矩将大于额定转矩，电动机从a点开始，沿着曲线3加速。此时，产生的起动力矩不是设计的最大值。所以电流继电器JLJ不会动作。那么这时提升机按照时间原则起动，这样起动时比较缓慢，提升机退出卸载曲轨。当起动延时一段时间后，提升机运行b点，这时3TK得电，将第三级电阻切除，电动机转向特性曲线4上的c点，开始最大的力矩使速度沿着曲线4上升，此时电流与时间控制相平衡，当提升机运行至d点时，4JK得电，切除第四级电阻，提升电动机转到曲线5上的e点，沿曲线5加速运行。以此类推，直到10JK得电，将所有的转子附加电阻切除，电动机在自然特性曲线上运行至额定工作点Q位置，提升机稳定、高速运行，从而完成加速阶段，进入等速运行阶段。具本设计要求设计提升机额定转速l5m/s，图中标注了提升机升速时应该运行的曲线轨迹，为满足负载转矩的转换点的要求，根据煤矿电工手册中对提升机加速度不大于12米s=2的规定以及由提升图测量出各转换点提升机的速度百分值，计算出各段电阻切除时间。 第一段电阻：设定为2S 第二段电阻：设定为2S 第三段电阻： T=(20l 5ms)1.2ms2=2.5s 第四段电阻： t=(44一20)15ms1.2ms2=3s 第五段电阻： t=(6244)l5ms1.2ms2=225s 第六段电阻：t=(7562)15ms1.2mS2=l.625s 第七段电阻： t=(8475)l5ms1.2mS21.125s 第八段电阻：t(9084)l5ms12ms2=0.75s 第九段电阻： t(9490)l5ms1.2ms2=O.5s 第十段电阻： t=(8475)15ms1.2ms2=0.375s2.6.1.2 主令开关LK 其不同的接点接于Network8、Network l0、Networkt 2、Networkl4、Networkl6电路中，当手动开车时，用主令开关控制提升速度。将主令手柄位于第三、第四、第五、第六、第七速度位置时，其接点有规律的闭合，控制转子加速接触器的闭合。2.6.1.3 速度继电器SKJlSDJ4的接点和动力制动接触器DZC的接点。 速度继电器SKJlSDJ4的接点依次接于Networkl0、Network12、Networkl4、Networkl6电路中，与动力制动接触器DZC的接点在Network8、Networkl0、Network12、Networkl4、Networkl6电路中组成动力制动电路。在制动期间按速度原则切除电阻以控制制动力矩。本设计在制动时，不使6JK10JK得电，即第六段电阻以上在制动时始终接入。2.6.1.4 电流继电器接点JLJ JLJ的线圈接于提升机电机的定子供电主电路的电流互感器的二次侧。当提升在加速阶段上每切除一段电阴使力矩达到设计最大值时，JLJ吸合，其常闭接点断开，使转子回速，控制电路不能再动作切除电阻，必须等到电流下降到JLJ的释放值，使其释放，才有可能切除新的一段电阻。2.6.1.5 消弧时间继电器T1、T2 Network5电路为消弧延时电路，其作用是：当电动机由电动状态过渡到动力制动状态时，要等高压接触器完全灭弧后才能进入动力制动，Network5电路起到这个作用，T1为通电延时断电瞬动，T2为断电延时，通电瞬动。2.6.1.6 加速延时继电器TllT20。 分另0在Network7、 Network9、 Networkll、 Networkl3、Networkl5、Networkl7、Networkl9、Network21、Network23、Network25电路组成10级加速的延时。2.6.2 工作过程2.6.2.1 起动加速 在开车前，消弧时间继电器控制电路Network5中由于ZC、FC、DZC均未闭合，其常闭接点全部闭合使T1（通电延时)得电延时0.5秒动作，其常开接点 Network7电路中接通，为T11得电延时作准备，Tl动作接通T2(断电延时器，通电瞬动)Network6电路中消弧继电器XNJ闭合为高压换向电路动作做准备。Network7电路中，JLJ(电流继电器接点)由于高压无电流而闭合状态。 井口发出开车信号后，信号接触器XC通电并自保，则Network3、Network26(停车自动换向电路)控制ZJ或FJ动作，将提升机接通6KV高压电，提升机在所有转子电阻都被串入的情况下产生约30的额定转矩只紧绳不加速，作为第一预备级。电机运行于第l条曲线，时间由Tll控制。 ZC在消弧延时继电器Tl回路中的常闭触点断开，使Tl断电，使T2断电延时O.2s后（让主接触器有足够的时间进入稳定的吸合状态)使XHJ释放，其常开接点在高压控制回路中断开(但由于ZC自保使其不会释放)。 司机把制动闸手柄扳向松闸位置，则Network7电路中的DZK2闭合。操纵手柄向前推到头，主令控制器的触点LK-5、LK-6、LK-7、LK-9、LK-ll都闭合。T11得电延时2s后Network8电路中的Tll接点闭合1JK动作切除一段转子电阻。电动机产生8090的额定转矩，作为第二预备级。电机运行于第2条曲线，时间由Tl2控制。 lJK在Network9电路中闭合，使Tl2得电延时2s后闭合， 在NetworklO电路2JK得电动作，转子电阻又切除一段。电机运行于第3条曲线，提升机开始起动加速，此时电流继电器JLJ因高压主电路电流较大而动作，其接点JLJ在Networkl0电路中断开，但由于2JK的自保使2JK不会释放，同时Network1l电路中的Tl3时间继电器开始延时。 Networkll电路Tl3整定值较长为2.5s，因此直到提升机速度增加电流减小JLJ释放，但Tl3没有到达预定时间前不会动作，此时提升机有足够的时间和距离退出卸载曲轨。当Tl3延时结束时，其接点在Networkl2电路中闭合，使3JK得电动作，又切除一段转子电阻，提升机转向第4条曲线运行，同样电流继电器JLJ因高压主电路电流较大而动作，其接点在NetWOrkl2电路中断开，但由于3JK的自保使3JK不会释放，同时Networkl3电路中的Tl4时间继电器开始延时。 当Networkl3电路中的Tl4时间继电器动作后，并且直到提升机速度增加电流减小JLJ释放，处于Network：l4电路中的4JK才能得电将转子电阻再切除一段，使提升机转向特性曲线5运行。 就这样顺序接通下去，直到l0JK动作，转子电阻全部切除后，起动完毕，电动机运行在自然特性上。2.6.2.2 减速 减速信号来自深度指示器上的减速开关JSK，JSK动作后，信号接触器XC断电并解除自保。XC在加速接触器回路中的常开触点打开，加速接触器断电，将转子电阻全部加入转子。XC的常开触点断开高压换向器回路，高压换向器断电后，它的辅助触点ZC或FC使消弧延时继电器Tl通电，经过0.5s延时后T l(通电延时器)动作，T2(断电延时器)得电瞬动使消弧继电器XHJ得电，为动力制动提供控制回路。由于此时提升机运行在高速度，低速继电器DSJ，早已吸合，它与换向器回路中的XC触点并联的常闭触点已经断开，高压电路不会接通。DSJ1的常开触点也已闭合，因此动力制动接触器通电动作，将可控硅动力制动整流装置输出的电流送入电动机定子。电动机产生制动力。动力制动继电器DZC 1在转子加速继电器回路Network8、NetworklO、Netorkl2、Networkl4、Networkl6中的各个常开触点均闭合，lJK首先通电，切去一段转子电阻。而在NetworklO、Networkl2、Networkl4、Networkl6各回路中分别串有速度继电器SDJ1SDJ4的常闭触点，由于此时提升速度较高，SDJ1SDJ4均吸合，故2JK5JK不可能通电。随着提升机的速度不断下降，SDJ1SDJ4先后释放，其常闭接点依次闭合，则转子加速继电器2JK5JK也依次动作，逐步切除转子电阻，这使得制动力矩始终工作在最大转矩附近，充分发挥制动作用。DZC1在6JK回路中的常闭触点打开，使6JK以后各级不能通电，故最后几段转子电阻在动力制动时不切除。2.7 辅助电路 提升机的机械系统需要润滑，制动系统松闸时需要用具有一定压力的制动油。这些功能由辅助系统提供，因此设计的辅助系统电气原理图如图26示。 系统中使用了两台润滑油泵，一台工作另一台备用。使用一台制动油泵。两台润滑油泵由转换开关SW转换，由接触器JCl控制，在PLC程序Network28电路中JC l由位于司机操作台上的按钮6AQ(起动)和6AT(停止)控制，在开车前司机将其开通，使润滑系统先工作。 制动油泵由JC2控制，在PLC程序Network27电路中JC2由位于司机操作台上的按钮5AQ（起动)和5AT(停止)控制，在开车前司机将其开通，使制动油泵先工作。当按下按钮5TA时，JC2接通并自保，制动油泵开始工作。在Network27电路中接有YLJl(制动油过压)常闭接点，当制动油过压时将断开JC2回路，使制动泵停止。 3G是安全制动系统的电磁铁，提升机正常状态时安全接触器吸合其常开接点AC闭合使3G线圈得电，提升系统解除安全制动可以开车。 JC5是提升机控制系统的控制电源接触器，受旋转开关7AK控制。提升机开车前，司机在操作台上将7AK开通，JC5吸合，控制系统得电工作。2.8 安全回路2.8.1 电路设计如附图PLC程序图Networkl电路。在提升机电控线路中，必须设有必要的保护和联锁装置。当正常工作状态遭到破坏时，安全回路中的触点断开安全接触器AC回路，使安全电磁铁3G释放，打开制动油压系统的二级安全制动阀，迅速回油，从而使盘形闸产生安全制动。接于高压换向控制电路及动力制动控制电路中的安全制动接触器AC的触点断开，将主电动机脱离电源。2.8.2 图中所串联的各元件的作用2.8.2.1 主令控制器手柄零位联锁触点LKl 当操纵手柄在中间位置时，LK1闭合。提升机在运行中LKl断开，使得在安全回路动作后，操作手柄必须恢复中间位置(即停车位置)，提升机才能再次起动（触点的闭合情况见附表)。2.8.2.2 工作闸制动手柄联锁触点DZK1工作闸制动手柄联锁触点DZK1必须当手柄位于制动位置时，其触点才能闭合，安全回路方有接通的可能。 当AC得电吸合后，其与LK1和DZK1的串联电路并联的常开触点闭合自保，此时才能扳动工作闻制动手柄将提升机松闸并扳动主令控制器手柄开车。2.8.2.3 监视继电器JSJ的接点和继电器8JK接点 监视继电器JSJ是用于监视测速发电机电路中的输出有无电压，如果在提升机运行过程中，因测速电路故障使输出无电压，则JSJ将失电而释放，接点断开AC回路，提升机安全制动。 8JK常闭接点与测速回路断线检视继电器JSJ常开接点并联，在准备开车和加速过程中，由于速度低于JSJ的吸合值，所以JSJ释放其常开接点断开，但是转子加速电路中的8Jk处于释放状态其常闭触点闭合，短接JSJ触点，因此此时不影响AC的吸合；在等速运行时，8Jk常闭触点已断开，此时若测速回路失压或断线，JSJ会释放，便断开安全回路，紧急制动。2.8.2.4 等速过速继电器GSJ2的常闭触点当提升机在等速阶段的实际速度超过最大速度15时，继电器GSJ吸合，常闭触点断开，实现安全制动。 2.8.2.5 低速过速继电器3GSJ的常开触点作用 在减速阶段，若菜瞬时的实际速度与给定速度的差值f实际速度高于给定速度)超过提升机的最大速度的l0时，磁放大器3CF2的输出电压陡降(继电特性)，使继电器3GSJ释放，其常开触点断开安全回路，紧急制动。2.8.2.6 制动油过压保护继电器YLJl的常闭触点YLJl YLJl为制动器油压系统的压力继电器的触点。制动油压正常时，它断开，当制动油过压，YLJI闭合，其常闭触点断开AC回路，使AC回路断电。2.8.2.7 动力制动电源继电器SYJ触点 将该触点接于安全回路中，可以保证，只有先送上动力制动电源，才有起动提升机的可能。当动力制动电源出现故障时通过SYJ断开安全回路，紧急制动。2.8.2.8 过卷开关JXK3、JXK5和JXK4、JXK6和过卷复位开关FW5、FW一3 过卷开关JXK3、JXK5和JXK4、JXK6成对装于井架上和限速圆盘上。当是升容器过卷时，过卷开关其中之一被打开，均可断开AC回路，当提升机过卷后，为解除过卷必须相应旋转处于操作台上的FW开关，FW一5、Fw一3短接相应动作的过卷开关，才能开车。FW开关的FWl.2、FW一7.8在高压换向控制电路中相应的接通与过卷方向相反的高压换向器电路，使提升机只能向与过卷方向相反的方向开车。2.8.2.9 闸瓦磨损开关JXKl、JXKl和JXK7、JXK8 当闸瓦磨损程度超过规定值时,它们被压动作，断开AC回路。2.8.2.10 高压断路器GYD的常开触点合闸时，该触点闭合。若油开关因短路、过负荷或电源电压欠压、失压、高压换向室栅栏门被打开以及踏动紧急事故开关引起油开关跳闸时，其常开触点GYD断开AC回路。3 速度自动调节控制与保护3.1 磁放大器的工作原理 磁放大器为一种无触点电器，利用铁磁材料的非线性特性，由饱和扼流圈与整流元件组成的一种电磁装置。由于磁放大器没有运动机构，可以综合比较几个独立的讯号等优点，在提升机电控中作为放大元件得到了应用。它的缺点是动作时惯性较大、体积较大。磁放大器的原理如图3一l所示。铁芯中有两个绕组，一个是工作绕组WLf交流绕组)，这个绕组通过负载RL接到交流电源上。另一个是控制绕组Wc。 当工作绕组接交流电源，控制绕组中直流为零或某一数值时，其磁场强度的变化如图32所示：图31图32图中a为曲线B=Bmsinwt(Ic=O)。b为曲线B=Bo十Bmsinwt(IcO)。相应的磁场强度变化曲线a与b可以从磁化曲线上求得。 由图可见，当有控制电流Ic时，磁场交流分量增加，交流回路中电流增加。由此可看出，当直流激磁磁场作用时，铁心导磁率发生变化。直流激磁磁场H。越大则“越小。而交流绕组电感L与成正比。所以交流回路内电流增大。因此，在铁磁饱和原理基础上，控制绕组内较小的直流电流的改变即可在交流绕组内获得较大的交流电流的改变，起了磁放大器的作用。磁放大器工作的本质只是一个输入讯号加在控制绕组上，通过铁心导磁率的改变而改变交流回路的参数。并不是在能量上将讯号放大磁放大器带负载工作时，所需的能量直接由交流电源供给。亦即磁放大器实质上是一个磁控制器。 无反馈磁放大器的线路如图33所示。实际的磁放大器常由两个铁芯(环形或矩形、)组成。若用一个铁芯，由于工作绕组的交流电势在控制绕组中产生感应电势，使输入讯号发生畸变。同时由于感应电势，将使Ic=O时Imim增加，影响磁放大器良好工作。采用两个铁芯即能克服此弊病。无反馈磁放大器的放大系数一般较图31低，为了增加放大系数，须采用正反图32馈。利用磁放大器的输出参数来产生一个附加直流激磁磁场，它的方向与控制讯号产生的直流激磁磁场方向相同，即为正反馈。在有正反馈的情况下，如果讯号大小不变，则输出将大大提高。亦即使磁放大器的电流(功率)放大系数提高。且在相同功率放大系数时，具有正反馈的磁放大器，一般惯性较小。磁放大器常用的反馈方式有内反馈和外反馈两种，也有的在内反馈线路中附加外反馈以调节反馈系数。外反馈磁放大器具有特设的反馈绕组，内反馈磁放大器则主要依靠交流绕组电流的直流分量来实现反馈。提升机电